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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Kalibrieren eines Referenzsystems wie es in der Fahrzeugvermessung eingesetzt wird.
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Stand der Technik
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Aus
WO 2010/028946 A1 ist eine Fahrzeugvermessungseinrichtung für ein auf einem Messplatz stehendes Fahrzeug mit zwei Messeinheiten bekannt, wobei jede der beiden Messeinheiten ein Referenzsystem aufweist, das ausgebildet ist, um die horizontale und vertikale Lage der jeweiligen Messeinheit und die relative Lage der Messeinheiten zueinander zu bestimmen.
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Um bei der Fahrzeugvermessung genaue Ergebnisse zu erhalten, sind die Referenzsysteme vor der Durchführung der Messungen zu kalibrieren.
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Offenbarung der Erfindung
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Kalibrieren eines derartigen Referenzsystems bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird durch einen Kalibrierrahmen nach den unabhängigen Patentansprüchen 1 und 2 sowie ein Verfahren zum Kalibrieren eines Referenzsystems nach den unabhängigen Patentansprüchen 6 und 7 gelöst. Die abhängigen Patentansprüche beschreiben vorteilhafte Ausgestaltungen einer erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Ein erfindungsgemäßer Kalibrierrahmen zum Kalibrieren eines Referenzsystems zur Fahrzeugvermessung hat eine Anzahl von Einstellelementen, welche eine präzise räumliche Ausrichtung des Kalibrierrahmens ermöglichen, und eine Anzahl definierter Auflagepunkte, die zur Aufnahme eines Referenzsystemträgers derart ausgebildet sind, dass der Referenzsystemträger in wenigstens zwei verschiedenen Ausrichtungen auf den Auflagepunkten anordbar ist.
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Kalibrieren eines Referenzsystems, das wenigstens einen Neigungsgeber aufweist, umfasst die Schritte des Anordnens des Referenzsystems in einer ersten Position auf dem Kalibrierrahmen; des Messens der Werte des Referenzsystems in der ersten Position; des Anordnens des Referenzsystems in einer zweiten Position auf dem Kalibrierrahmen, die sich von der ersten Position unterscheidet, ohne dabei die Position des Kalibrierrahmens zu verändern; des Messens der Werte des Referenzsystems in der zweiten Position; und des Mittelns der in der ersten und in der zweiten Position gemessenen Werte.
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Durch das Mitteln der in den beiden Positionen gemessenen Werte des Referenzsystems heben sich Abweichungen von der exakten Ausrichtung in den beiden Positionen gegeneinander auf. Das Verfahren ermöglicht eine exakte Kalibrierung des Neigungsgebers des Referenzsystems ohne großen Aufwand und ohne dass hochgenaue Mess- und Justiervorrichtungen notwendig sind, um das Referenzsystem exakt zum Erdgravitationsfeld auszurichten.
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In einer alternativen Ausführungsform ist an dem Kalibrierrahmen wenigstens ein Nivellierelement derart angebracht, dass der Kalibrierrahmen mit Hilfe des Nivellierelements durch Verstellen der Einstellelemente in zumindest einer Richtung in Bezug auf das Erdgravitationsfeld ausrichtbar ist. Durch ein derartiges Nivellierelement ist der Kalibrierrahmen mit hoher Genauigkeit relativ zum Erdgravitationsfeld ausrichtbar. Bei einer genauen Ausrichtung des Kalibrierrahmens in Bezug auf das Erdgravitationsfeld kann auf den zweiten Messschritt und das Mitteln der Messwerte verzichtet werden. Es ist daher nicht erforderlich, dass das Referenzsystem in einer zweiten Position auf dem Kalibrierrahmen anordbar ist.
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In einer Ausführungsform ist das Nivellierelement eine Libelle (Wasserwaage) oder ein elektronischer Neigungsgeber. Eine Libelle stellt ein besonders kostengünstiges und einfach zu handhabendes Nivellierelement bereit. Ein elektronischer Neigungsgeber ermöglicht eine besonders genaue Nivellierung des Kalibrierrahmens. Durch Zusammenwirken eines elektronischen Neigungsgebers mit motorisch betätigten Einstellelementen kann der Kalibrierrahmen ggf. automatisch nivelliert werden.
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In einer Ausführungsform ist ein Kalibrierhilfsmittel in einer bekannten Position in Bezug auf den Kalibrierrahmen angeordnet. Durch ein in einer bekannten Position angeordnetes Kalibrierhilfsmittel kann das Referenzsystem einfach und mit hoher Genauigkeit kalibriert werden.
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In einer Ausführungsform weist der Kalibrierrahmen ein Kalibrierhilfsmittel auf, das in zwei symmetrischen Positionen in Bezug auf den Kalibrierrahmen anordbar ist. Mit Hilfe eines Kalibrierhilfsmittels, das in zwei symmetrischen Positionen in Bezug an den Kalibrierrahmen anordbar ist, kann das Referenzsystem auch dann mit hoher Genauigkeit kalibriert werden, wenn die Position des Kalibrierhilfsmittels nicht genau bekannt ist.
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In einer Ausführungsform schließt ein erfindungsgemäßes Verfahren ein, das Referenzsystem in wenigstens einer weiteren Position auf dem Kalibrierrahmen anzuordnen, ohne die Position des Kalibrierrahmen zu verändern, die Werte des Referenzsystems in den weiteren Positionen zu messen und die in allen Positionen gemessenen Werte zu verrechnen. Durch Verrechnen der in mehreren Positionen gemessenen Werte des Referenzsystems kann die Genauigkeit der Kalibrierung erhöht werden.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Figuren erläutert, dabei zeigt:
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1 eine schematische Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen Kalibrierrahmen 1 mit einem Referenzsystemträger in einer ersten Orientierung;
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2 eine schematische Seitenansicht auf einen erfindungsgemäßen Kalibrierrahmen 1 mit einem Referenzsystemträger in der ersten Orientierung;
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3 eine schematische Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen Kalibrierrahmen 1 mit einem Referenzsystemträger in einer zweiten Orientierung;
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4 eine schematische Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen Kalibrierrahmen 1 mit einem Referenzsystemträger in einer dritten Orientierung;
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5 eine schematische Seitenansicht auf einen erfindungsgemäßen Kalibrierrahmen 1 mit einem Referenzsystemträger in einer vierten Orientierung;
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6 eine schematische Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen Kalibrierrahmen mit einem Kalibrierhilfsmittel; und
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7 eine schematische Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen Kalibrierrahmen mit zwei symmetrisch angeordneten Kalibrierhilfsmitteln.
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1 zeigt eine schematische Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen Kalibrierrahmen 1, auf dem ein Referenzsystemträger 4 mit einem Referenzsystem 3 positioniert ist.
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Der Kalibrierrahmen 1 ist in dem in der 1 gezeigten Ausführungsbeispiel im Wesentlichen quadratisch mit zwei parallel zueinander verlaufenden ersten Trägern 11 und zwei in einem rechten Winkel zu den ersten Trägern 11 verlaufenden zweiten Trägern 13 ausgebildet. Ein dritter Träger 15 ist in der Mitte zwischen den beiden ersten Trägern 11 parallel zu den zweiten Trägern 13 angeordnet.
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An einer Seite des von den ersten und zweiten Trägern 11, 13 gebildeten Quadrats ist ein vierter Träger 17 angebracht, der sich in einem rechten Winkel von der Mitte eines der zweiten Träger 13 parallel zu den ersten Trägern 11 nach außen erstreckt.
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An dem vierten Träger 17 und demjenigen der zweiten Träger 13, an dem der vierte Träger 17 nicht angebracht ist, sind Füße 21 mit zugehörigen Einstellelementen 2 angebracht. Der vertikale Abstand zwischen den Füßen 21 und dem jeweiligen Träger 13, 17 ist durch Betätigen, z. B. Drehen, der Einstellelemente 2 variierbar. Die Einstellelemente 2 in Verbindung mit den zugehörigen Füßen 21 ermöglichen es, die von den Trägern 11, 13, 15 des Kalibrierrahmens 1 aufgespannten Ebene präzise im Raum auszurichten.
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Die Füße 21 können magnetisch oder mit Saugnäpfen ausgebildet sein, um den Kalibrierrahmen 1 sicher aber lösbar auf einer Messeinrichtung befestigen zu können. An dem vierten Träger 17 ist zusätzlich ein Auswerfer 24 vorgesehen, der es ermöglicht, den Kalibrierrahmen 1 zu verkippen, um die Füße 21 von der Messeinrichtung zu lösen. Der Auswerfer 24 ist in einen größeren Abstand von dem zweiten Träger 13 als der Fuß 21 angebracht, so dass beim Lösen der Füße 21 durch Betätigen des Auswerfers 24 eine Hebelwirkung des Kalibrierrahmes 1 ausgenutzt werden kann.
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Auf der dem Betrachter zugewandten Oberseite der Träger 11, 13 des Kalibrierrahmens 1 sind mehrere Auflagepunkte 7 ausgebildet, die zur Aufnahme passender Aufnahmepunkte einer Referenzträgerplatte 4 ausgebildet sind.
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In dem in der 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Referenzträgerplatte 4 mit einem Referenzträgersystem 3 derart auf den Auflagepunkten 7 des Kalibrierrahmens 1 angeordnet, dass sich die im Wesentlichen rechteckige Referenzträgerplatte 4 mit ihrer Längsrichtung parallel zu den ersten Trägern 11 des Kalibrierrahmens 1 erstreckt. Auf der Referenzträgerplatte 4 sind neben einem Referenzsystem 3, das wenigstens einen Neigungsgeber 31 umfasst, zwei Kameraträger 6 mit jeweils zwei nach außen gerichteten Kameras 61 angebracht. Die Kameraträger 6 sind dabei so angeordnet, dass die Kameras 61 auf der in der 1 links gezeigten Seite einen größeren Abstand voneinander aufweisen als auf der in der 1 rechts gezeigten Seite des Referenzsystemträgers 4, d. h. die Kameraträger 6 laufen von links nach rechts V-förmig aufeinander zu.
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Auf dem vierten Träger 17 ist zwischen dem Einstellelement 2 und dem zweiten Träger 13, mit dem der vierte Träger 17 verbunden ist, ein Nivellierelement 8 angeordnet, das ausgebildet ist, um die räumliche Ausrichtung der von dem Kalibrierrahmen 1 aufgespannten Ebene zu bestimmen. Das Nivellierelement 8 kann z. B. als Libelle (Wasserwaage) oder als elektronischer Neigungsgeber ausgebildet sein.
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Mithilfe des Nivellierelements 8 ist die räumliche Ausrichtung des Kalibrierrahmens 1 exakt bestimmbar. Durch Betätigen der Einstellelemente 2 bei gleichzeitiger Überwachung der Anzeige bzw. Ausgabe des Nivellierelements 8 kann die räumliche Ausrichtung des Kalibrierrahmens 1 so mit hoher Genauigkeit eingestellt werden. Insbesondere kann der Kalibrierrahmen 1 so eingestellt werden, dass die durch die ersten, zweiten und dritten Träger 11, 13, 15 aufgespannte Ebene exakt in einem rechten Winkel zum Erdgravitationsfeld ausgerichtet ist. Ein Referenzsystem 3, welches auf einem Kalibrierrahmen 1 angeordnet ist, der exakt in einem rechten Winkel zum Erdgravitationsfeld ausgerichteten, ist mit hoher Genauigkeit kalibrierbar.
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Auf den ersten und zweiten Trägern 11, 13 sind neben den Auflagepunkten 7 Passpunkte 20 und/oder Bohrungen 18, die zur Aufnahme derartiger Passpunkte 20 geeignet sind, ausgebildet. Die Funktion der Passpunkte 20 und Bohrungen 18 wird unter Bezugnahme auf die 6 bis 9 beschrieben.
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2 zeigt eine Seitenansicht des in der 1 gezeigten Kalibrierrahmens 1.
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Die verstellbaren Füße 21 mit den Einstellelementen 2 und der Auswerfer 24 sind in der 2 gut erkennbar. Die Füße 21 sind insbesondere durch mit einem Außengewinde versehene Wellen 22 an den Trägern 11, 17 abgestützt. Durch Drehen der Einstellelemente 2 werden die Wellen 22 in in der 2 nicht erkennbaren Bohrungen, die in den Trägern 11, 17 ausgebildet und jeweils mit einem Innengewinde versehenen sind, gedreht, so dass die an den Wellen 22 und in den Bohrungen ausgebildeten Gewinde eine Änderung des Abstandes zwischen den Füßen 21 und dem jeweiligen Träger 11, 17 bewirken.
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Die Auflagepunkte 7 sind pyramidenförmig ausgebildet und bestehen in dem in der 2 gezeigten Ausführungsbeispiel aus drei in axialer Richtung übereinander angeordneten Zylindern 7a, 7b, 7c, wobei jeder Zylinder 7a, 7b einen geringeren Durchmesser als der jeweils unter ihm angeordnete Zylinder 7b, 7c hat. Die obersten Zylinder 7a sind derart ausgebildet, dass sie ohne Spiel in entsprechende (in der 2 nicht sichtbare) Aufnahmeöffnungen, die in dem Referenzsystemträger 4 ausgebildet sind, einführbar sind. Der Referenzsystemträger 4 mit dem Referenzsystem 3 ist so durch Einführen der obersten Zylinder 7a der Auflagepunkte 7 in entsprechende Aufnahmeöffnungen des Referenzsystemträgers 4 spielfrei auf dem Kalibrierrahmen 1 abgestützt.
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3 zeigt die aus der 1 bekannte Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen Kalibrierrahmen 1, auf dem ein Referenzsystemträger 4 mit einem Referenzsystem 3 angeordnet ist. Im Vergleich zur 1 ist der Referenzsystemträger 4 mit dem Referenzsystem 3 in dem in der 3 gezeigten Ausführungsbeispiel um 180° um eine Hochachse, welche durch den Mittelpunkt des durch die ersten und zweiten Träger 11, 13 aufgespannten Quadrats verläuft, gedreht.
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Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Referenzsystemträger 4 mit dem Referenzsystem 3 zunächst in der in der 1 gezeigten Ausrichtung auf dem Kalibrierrahmen 1 angeordnet und die Werte des Referenzsystems 3, insbesondere des Neigungsgebers 31, werden in dieser Ausrichtung gemessen.
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Daraufhin wird der Referenzsystemträger 4 mit dem Referenzsystem 3 in einer weiteren Position, die sich von der in der 1 gezeigten Position unterscheidet, z. B. in der in der 3 gezeigten Ausrichtung, auf dem Kalibrierrahmen 1 angeordnet, und die Werte des Referenzsystems 3 werden in dieser Ausrichtung des Referenzsystems 3 gemessen. Danach wird der Mittelwert der in den beiden Ausrichtungen gemessenen Werte des Referenzsystems 3 gebildet. So wird der Neigungsgeber 31 des Referenzsystems 3 in Bezug auf das Erdgravitationsfeld kalibriert.
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Die Genauigkeit des Verfahrens kann verbessert werden, indem der Referenzsystemträger 4 mit dem Referenzsystem 3 zusätzlich in weiteren unterschiedlichen Positionen auf dem Kalibrierrahmen 1 angeordnet wird und die Werte des Referenzsystems 3 in diesen zusätzlichen Positionen gemessen und in die Mittelwertbildung mit einbezogen werden.
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Das Referenzsystem 3 kann z. B. zusätzlich in der in der 4 gezeigten Position, die gegenüber den in den 1 und 3 gezeigten Positionen um +90° bzw. –90° gedreht ist, angeordnet werden. Alternativ oder zusätzlich kann das Referenzsystem 3 in einer gegenüber einer in der 4 gezeigten Darstellung um 180° um die Hochachse gedrehten Position angeordnet werden.
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In einer weiteren Variante wird der Referenzsystemträger 4 mit dem Referenzsystem 3 und den Kameraträgern 6 um 180° um die Längs- oder Querachse, d. h. eine Achse, die parallel zur Ebene des Kalibrierrahmens 1 verläuft, gedreht auf dem Kalibrierrahmen 1 angeordnet. Eine solche Position des Referenzsystemträgers 4 ist z. B. in der 5 gezeigt.
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In einem Ausführungsbeispiel werden zum Kalibrieren des Referenzsystems 3 zunächst die Werte des Referenzsystems 3, die in zwei Positionen aufgenommen worden sind, zwischen denen der Referenzsystemträger 4 um 180° gedreht worden ist, gemittelt. In einem zweiten Schritt werden die Mittelwerte, die in den verschiedenen möglichen Orientierungen des Referenzsystems 3, wie sie in den 1, 3, 4 und 5 gezeigt sind, bestimmt worden sind, gemittelt.
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Zum Kalibrieren des Referenzsystems 3 ist auch der Abstand des Referenzsystems 3 von einer bekannten Position zu bestimmen. Dazu kann z. B. ein Kalibrierhilfsmittel 12 verwendet werden, das in einer bekannten Position an dem Kalibrierrahmen 1 befestigt ist, wie in der 6 gezeigt.
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Das Kalibrierhilfsmittel 12 ist über einen Abstandshalter 10 in einer definierten Position, d. h. mit einem bekannten X-Abstand und einem bekannten Y-Abstand zu einem durch das Referenzsystem 3 definierten Ursprung O angeordnet. Auf dem Kalibrierhilfsmittel 12 ist ein Zielpunkt Z, der z. B. als LED ausgebildet ist, angebracht. Der Zielpunkt Z wird von einem Zielerfassungselement, das z. B. einen CCD-Sensor enthält, des Referenzsystems 3 erfasst, um das Referenzsystem 3 zu kalibrieren. Die Genauigkeit der Kalibrierung wird durch die Genauigkeit, mit der der Zielpunkt Z an den vorgegebenen Koordinaten X, Y angeordnet ist bzw. der Genauigkeit, mit der diese Koordinaten X, Y bekannt sind, begrenzt. In den Trägern 11, 13 des Kalibrierrahmens 1 sind Bohrungen 18 ausgebildet, um den Abstandshalter 10 in einer definierten Position sicher an dem Kalibrierrahmen 1 befestigen zu können.
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In einem alternativen, in der 7 gezeigten Ausführungsbeispiel ist es nicht erforderlich, dass die Koordinaten X, Y der Position des Zielpunktes Z des Kalibrierhilfsmittels 12 exakt bekannt sind.
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Stattdessen ist das Kalibrierhilfsmittel 12, 12' in zwei exakt symmetrischen Positionen in Bezug auf das Referenzsystem 3 anordbar. Nach dem Messen und Abspeichern der beiden Werte des Zielpunktes Z an den beiden symmetrischen Positionen des Kalibrierhilfsmittels 12, 12' wird ein Mittelwert gebildet, um die Aufnahmevorrichtung des Referenzsystems 3 zu kalibrieren.
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Ein Referenzsystem 3 eines Messplatzes mit einem Referenzsystem 3 und einem Bildaufnahmesystem ist durch Einbringen eines erfindungsgemäßen Kalibrierrahmens 1 kalibrierbar.
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Vor einer Aufnahme einer Bildsequenz mit der Aufnahmekamera eines Bildaufnahmesystems wird der Kalibrierrahmen 1 in die Kalibriervorrichtung eingelegt und fest mit dieser verbunden, um ein unbeabsichtigtes Verschieben oder Verdrehen des Kalibrierrahmens 1 während der folgenden Messungen zu verhindern.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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